用于频谱仪实现快速功率自动定标的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及仪器仪表定标技术领域，尤其涉及频谱仪功率定标技术领域，具体是指一种用于频谱仪实现快速功率自动定标的方法。
【背景技术】
[0002]频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。现代频谱分析仪能分析IHz以下的甚低频到30GHz亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。结构如图1所示。
[0003]低通滤波器、输入步进衰减器、混频器、可变增益中频放大器和中频滤波器组成射频前端。其中输入步进衰减器衰减量70dB，以1dB为步进，增益可调中频放大器最大增益70dB，以1dB为步进。设置不同参考电平时，输入步进衰减器和增益可调中频放大器联动操作，确保不同功率信号输入时，射频前端输出功率处在ADC最大测量值附近，以达到最大的测量动态范围。
[0004]作为测量仪表，在功率测量这项有着严格的要求，现代频谱分析仪功率测量精度要求3GHz以下频率达到±0.5dB，6GHz以下频率达到土 1.0dB甚至更低。而射频器件的频率响应特性，必然导致射频前端的输出功率，在频谱分析仪测量频带内存在不确定度；即使是同一频率下，不同参考电平时，射频前端输出功率也因为输入步进衰减器和增益可调中频放大器在改变衰减量和增益时的误差造成不确定度。综上所述，为了满足测量精度的要求，就需要对射频前端在整个测量频带内逐点，并在不同参考电平设置下进行精确输出功率测量，在将这组“频率-参考电平二维功率表”与“ADC功率对照表”归一化后完成定标。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现自动进行频谱仪功率定标、减小工作量、提高工作效率、具有更广泛应用范围的用于频谱仪实现快速功率自动定标的方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明的用于频谱仪实现快速功率自动定标的方法具有如下构成:
[0007]该用于频谱仪实现快速功率自动定标的方法，其主要特点是，所述的方法包括:
[0008](I)将信号源输出频率配置成第一获取频点；
[0009](2)配置频谱仪的射频前端中输入衰减器的衰减量并将增益可调中频放大器的增益设置为零；
[0010](3)将信号源发射功率配置为最大参考电平；
[0011](4)读取功率计上显示的功率值；
[0012](5)根据读取到的功率值和模数转换器最大可转换功率值配置初始参考电平值和射频前端中输入衰减器的初始衰减量；
[0013](6)读取并保存功率计上的功率值作为当前参考电平下的功率值，然后配置下一个参考电平，然后继续步骤(4);
[0014](7)在该频点的所有参考电平均已经测量完成后，将信号源输出频率配置成下一个获取频点，然后继续步骤(2)；
[0015](8)所有频点下所有参考电平均已经测量完成后将记录的所有功率值与模数转换对照表进行归一化。
[0016]较佳地，所述的根据读取到的功率值和模数转换器最大可转换功率值配置初始参考电平值和射频前端中输入衰减器的初始衰减量，包括以下步骤:
[0017](5-1)根据读取到的功率值和模数转换器最大可转换功率值按照如下公式计算初始配置因数Rel和n、n’值:
[0018]Rel=floor[(IFPow-MaxPow)/10]
[0019]η ’ = ATTMax+ReI
[0020]n = n’+GainMax
[0021 ]其中，IFPow为读取到的功率值，MaxPow为模数转换器最大可转换功率值;GainMax为可调中频放大器的最大增益/10; ATTMax为衰减器最大衰减量/10;
[0022](5-2)根据如下公式计算初始参考电平值AMPT:
[0023]AMPT=AMPTMax-1O Χη[η = 0,1,2,...,η]；
[0024]其中，AMPTMax为频谱仪能测量的最大的信号电平值；
[0025](5-3)根据如下公式计算射频前端中输入衰减器的初始衰减量ATT:
[0026]ATT = -ATTMaxX 10-10XRel+10Xn’[η’ =0];
[0027]其中，ATTMax为衰减器的最大衰减量/10。
[0028]更佳地，所述的步骤(54)和(5-2)之间，还包括以下步骤:
[0029](5-1-1)判断Ref的值是否满足-ATTMax < Rel < O，如果是，则继续步骤(5_2)，否则继续步骤(5-1-2);
[0030](5-1-2)关闭信号源的射频开关并结束退出。
[0031]较佳地，所述的步骤(6)，包括以下步骤:
[0032](6-1)判断配置后的初始衰减量是否为零，如果是，则继续步骤(6-3)，否则继续步骤(6-2);
[0033](6-2)配置增益可调中频放大器的增益为零，读取并保存功率计上的功率值，然后配置下一个参考电平，然后继续步骤(4);
[0034](6-3)配置增益可调中频放大器增益为gain = 0 + 10 X η” [η，，= O , I , 2 ,...,GainMax]，读取并保存功率计上的功率值，然后继续步骤(6_4)，其中，GainMax为可调中频放大器的最大增益/10;
[0035](6-4)判断增益可调中频放大器增益gain是否为最大，如果是，则继续步骤(7)，否则配置下一个参考电平，然后继续步骤(4)。
[0036]较佳地，所述的下一个获取频点值为当前频点值X1.01。
[0037]较佳地，所述的所有频点下所有参考电平均已经测量完成后将记录的所有功率值与模数转换对照表进行归一化，包括以下步骤:
[0038](8-1)以模数转换器最大可转换功率值为起点，以0.1dB为步进，计算得到MaxPow?MaxPoW-60dB范围内所有功率值所对应的数字量得到模数转换对照表；
[0039](8-2)在模数转换对照表中找到各个获取频点在各个参考电平下测量功率相同的功率值，将该功率值重新定义为参考电平值。
[0040]采用了该发明中的用于频谱仪实现快速功率自动定标的方法，具有如下有益效果:
[0041 ] (I)通过I %相对带宽计算出的获取频点个数，比按照最小分辨率逐点获取的个数小很多。以9kHz?6GHz测量带宽为例，I %相对带宽计算出的点数为1649个，是以1Hz为间隔计算出的点数为6 X 18的1/444;采用这种算法可以极大的缩减工作量，而在1%相对带宽的窄带内，频率响应可以进行线性估算；
[0042](2)即使用1%相对带宽计算出的点数远小于逐点获取的点数，但采用人工获取功率值也是个耗时耗力的工作；自动测量可以很好的解决这个问题，整个过程由预先设置好的程序完成，既免去人工获取时对仪表和“射频前端”频繁且繁琐的操作，又提高了操作效率，并避免人工操作很可能出现的误操作和错误的记录。
【附图说明】
[0043]图1为频谱仪的结构示意图。
[0044]图2为测量频谱仪功率的硬件平台的结构示意图。
[0045]图3为本发明的用于频谱仪实现快速功率自动定标的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0046]为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0047]本发明要解决如下问题:
[0048]a)解决自动获取并调整射频前端输出功率的问题。由于射频前端的输出功率在不同参考电平下的增益各不相同，为了充分利用ADC的动态范围，射频前端输出功率需要接近ADC最大转换电平且不能超过该电平，以免造成溢出。人工获取需要经常切换输入衰减器和中频放大器的增益以满足功率要求，会耗费很大精力，且效率低下。
[0049]b)解决宽带频率内逐点获取射频前端输出功率工作量大的问题。由于频谱分析仪测量频带大，若以频谱仪1Hz的频率分辨率来逐点获取，以6GHz测量带宽来计算，获取次数为6X 18数据量大，不易实现。由于射频器件的频率响应造成增益的不同，而窄带的频率响应较小且可以进行线性估算，所以测量频带内获取点采用1%的相对带宽来选取。
[0050]具体技术方案如下:
[0051 ] a)计算需要获取频率点，从最低测量频率开始:
[0052]第一个获取频点= 9kHz[0053 ]第二个获取频点=9kHz X1.01=9.09kHz
[0054]第三个获取频点=9.09kHzX 1.01 =9.181kHz
[0055]在第1649个获取频点得到6.1803GHz的最大测量频率，记录并保存这个获取频点表，用于自动获取程序。
[0056]b)自动获取射频前端“频率-参考电平二维功率表”:
[0057]通过程序自动控制信号源的输出功率和频率，在程序预设的算法下自动配置射频前端在不同参考电平下，输入步进衰减器和可变增益放大器联动关系，并自动从功率计上读取对应频率-参考电平下的功率值并记录。
[0058]c)参照“ADC功率对照表”，通过归一化进行定标；
[0059]在“ADC功率对照表”中，找到与“频率-参考电平二维功率表”中功率相同的点，将这点定为“频率-参考电平二维功率表”中对应的频点和对应参考电平下的标准量，完成定标的工作。
[0060]射频前端的增益为FrontGain=ATT+Gain+OthLoss；
[0061 ] 各参考电平配置下到达ADC的功率为IFPow=AMPT+FrontGain;
[0062]其中
[0063]ATT:输入步进衰减器的衰减量，从OdB?70dB，I OdB步进；
[0064]Gain:增益可调中频放大器的增益，从OdB?70dB，1dB步进；
[0065]OthLoss:低通滤波器插损、混频器变频损耗、中频滤波器及通路中所有器件的增益变化总和。OthLoss由射频器件频率响应决定，不受人为设置的影响；
[0066]AMPT:参考电平从30dBm?(30-10Xn)dBm所对应的 |ATT|+Gain，10dB步进；
[0067]为了实现上述目的，该用于频谱仪实现快速功率自动定标的方法，其主要特点是，所述的方法包括:
[0068](I)将信号源输出频率配置成第一获取频点；
[0069](2)配置频谱仪的射频前端中输入衰减器的衰减量并将增益可调中频放大器的增益设置为零；
[0070](3)将信号源发射功率配置为最大参考电平；
[0071](4)读取功率计上显示的功率值；
[0072](5)根据读取到的功率值和模数转换器最大可转换功率值配置初始参考电平值和射频前端中输入衰减器的初始衰减量；
[0073](6)读取并保存功率计上的功率值作为当前参考电平下的功率值，然后配置下一个参考电平，然后继续步骤(4);
[0074](7)在该频点的所有参考电平均已经测量完成后，将信号源输出频率配置成下一个获取频点，然后继续步骤(2)；
[0075](8)所有频点下所有参考电平均已经测量完成后将记录的所有功率值与模数转换对照表进行归一化。
[0076]在一种较佳的实施方式中，所述的根据读取到的功率值和模数转换器最大可转换功率值配置初始参考电平值和射频前端中输入衰减器的初始衰减量，包括以下步骤:
[0077](5-1)根据读取到的功率值和模数转换器最大可转换功率值按照如下公式计算初始配置因数Rel和n、n’值